数字电子技术与EDA技术课程有机整合教学改革的探索
结硕，张黎，冯花平
（北京工业大学耿丹学院，北京）
摘 要： 本文首先分析了数字电子技术与EDA技术课程的特点，然后提出了课程教学改革方法和手段，同时对课程教学改革后的效果进行了分析。对课程进行整合后，能够将理论和实践紧密结合，教学资源得到合理整合和优化。使用Robei软件进行模拟仿真，设计修改方便快捷，仿真结果直观易懂。通过课程教学改革，提高了教学质量以及学生的动手能力和创新能力。
关键词： 数字电子；EDA技术；Robei软件
一 引言
数字电子技术是三本院校电子信息类专业的一门专业基础课程[1]，是一门理论性和实践性都很强的专业技术课程。本课程的任务是使学生获得数字电子技术方面的基本知识、基本理论和基本技能，培养学生分析问题和解决问题能力，为以后深入学习、应用数字电子技术领域的相关内容打好基础。
EDA技术（Electronic Design Automation）是近几年发展起来的现在电子技术。EDA（电子设计自动化）技术是以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、信息处理、计算机技术以及智能化技术的最新成果而形成的一门新技术，是一种能够设计和仿真电子电路或系统的软件工具。EDA技术是在三本院校里以数字电子技术课程知识为基础，具有较强的实践性、工程性的一门专业课。
目前很多院校在数字电子技术课程教学改革过程中增设EDA技术的教学环节[2]。在多年的教学实践过程中，总结出一套将数字电子技术和EDA技术有机结合、融为一体的新的教学方法和手段，并取得了良好的教学效果。
读者朋友们，“故事”讲完了！可历史并不会“完”！我们在奥地利的时候，正好是11月11日……当我在大巴车上，把微信里巴黎凯旋门前11月11日纪念一战结束一百周年的视频转发给这位老兄之后，引得他老泪纵横……他听到、看到了一位清丽的华裔女孩用汉语，缓缓地读出了一名中国劳工在1918年11月11日当天写的日记：“忽闻教堂钟声，工厂汽笛声，以及厂外欢呼声，与歌唱声同时并作，余辈惊问何故，始知敌人业已签订休战条约，战争从此可以终止矣……”
图4 表示反应温度30°C,反应时间8 h,引发剂3 g,乳化剂2 g,电流范围从0.1～0.4 A情况下分子量的变化.
二 传统数字电子技术教学方法存在问题
然而，我国三本院校的生源绝大部分来自于本科院校的落榜生，加之近几年生源人数不断下降，导致进入三本院校的学生往往出现基本功差、自主学习能力差、自卑等特点。而数字电子技术这门课程逻辑性强、内容抽象，采用传统的教学方法非常容易使学生失去对这门课程的兴趣。
（一） 理论教学方面
传统的实践教学基本采用数字电子实验箱作为实验设备。实验过程中，学生只要按照实验指导书的内容，对芯片管脚、电源、地之间进行连线，实现结果就能完成任务。在实验教学过程中，学生虽然学会了一些较简单的实践操作技能，但无法能够掌握故障查找和排除能力，同时不能真正提高学生的分析问题能力、解决问题能力，在课余时间学生也无法继续实验，缺乏对学生创新能力的培养。
在数字电子技术教学过程中，实践环节为非常重要，为了克服传统实验教学方法的不足，提高实验教学效率，以更直观的方式显示实验结果[5]，我们将EDA技术引入到实践环节中，但并不是EDA技术完全代替传统的实验，而将EDA仿真技术与传统实验教学有机整合起来。主要是因为传统实验中出现的一些问题在EDA仿真中无法体现出来的，如电路的开路、短路和虚连等故障，通过这些故障排除可以培养学生的分析问题和解决问题能力。
数字电子技术课程包括理论教学和实践教学两个部分。在数字电子技术教学过程中理论教学和实践教学缺一不可，都是非常重要的教学环节，而传统的教学方式在这两个方面存在着一些显著的问题。
（二） 实践教学方面
传统的理论教学，通过逻辑函数式、真值表、卡诺图或时序图进行数字系统分析和设计，缺乏直观性和形象性。并且理论课程和实践课程分开[3]，学生无法将理论很好的结合在实践中。以传统的教学方法培养出来的学生，往往理论分析能力较强，基本功扎实。这也是很多高校教师不愿意放弃传统教学方法的原因之一。
三 数字电子技术与EDA技术有机整合
Robei是一款可视化的跨平台EDA仿真工具，提供了超级简化的设计流程、[4]最新可视化的分层设计理念、透明的模型库，以及非常友好的用户界面。Robei集成了先进的图形化与代码设计的优势，同时具备Verilog编译仿真和波形分析功能，可以实现各种系统的快速设计、仿真和测试。
（一） 理论教学中的整合
比如74LS160芯片功能测试实验，传统的实验方法是根据实验要求对芯片进行连线。根据控制端和输入信号引脚连接的开关的闭合和断开状态[6]，观察输出引脚连接的二极管指示灯的状态，来判断输出的具体数据。传统的实验教学方法能够锻炼学生的动手能力、分析问题能力、解决问题能力，但实验线路连接复杂时，若出现连接故障，故障的排除较困难、实验结果的观察不够直观。
在数字电子技术教学改革过程中，增设EDA技术的教学环节，丰富了教学手段，提高了学生的学习兴趣，同时达到了预期的教学效果。
Robei能够对芯片进行模型设计并测试。在理论教学中，只通过对芯片原理的讲解，学生很难理解深刻含义及应用。为了便于学生理解，我们在课堂上采用的教学方法是在传统讲解教学方法基础上加以EDA仿真，使学生能够直观的理解对应的知识点。例如，与门电路为例，首先利用Robei软件，设计一个与门电路，并修改相应的端口名称，如图1所示。然后输入激励代码，如图2所示。通过仿真波形可以直观的看出与门的逻辑功能，如图3所示。
图1 与门模型
图2 激励代码
图3 仿真结果
（二） 实践教学中的整合
（1）教师可以更加关注学生主体。任何课堂都应当是以学生为主体，教学内容和活动的创设都是服务于学生的认知。教师在教学准备、教学过程中时刻关注学生，不预设学生的回答。在教学中，对学生的知识储备不足或前概念的偏差而带来的问题，教师应当及时发现并纠正。比如，在“植物的生殖”一课中，学生观看完嫁接标准示范视频后，一名学生指出了其中一名学生代表操作示范的一个错误点，教师就应当深入挖掘，请其他学生指出更多操作示范错误点，以此达到巩固嫁接和扦插这两种技术手段操作要领的作用。
在数字电子技术理论教学环节中，对学生不容易理解的知识点采用课堂上Robei软件仿真的教学方式，将实验带进课堂，使学生能够形象、直观理解芯片的功能以及应用。
采用EDA技术进行仿真，首先在Robei生成一个模块counter，对应的引脚进行修改，如图所示4，然后输入激励代码如图所示5。
通过三维实体建模技术的应用，确定曲面玻璃角度突变较大的部位（即凸面和凹面）采用三角形玻璃过渡，其余部分玻璃采用梯形玻璃过渡。
执行仿真之后的波形结果如下图所示6。实验结果与传统实验结果一致。利用这种方法进行实验，实验方案的调整比较灵活，实验结果比较直观、形象、易懂，容易激发学生的学习兴趣和创造能力。
经验证，国外的被动式超低能耗绿色建筑已经成为长寿命的建筑，也已获得欧盟国家的认可，并开始实施立法，强行推动。但国内仍缺乏针对区域性尤其是严寒地区具有实践意义的绿色建筑技术指导路径。因此，探索被动式超低能耗绿色建筑的关键技术体系仍然是东北严寒地区发展绿色建筑的重要举措。
图4 74LS160模型
图5 激励代码图
图6 仿真结果
四 结束语
数字电子技术与EDA技术结合起来，不仅可以用EDA软件将数字电子技术中的那些比较抽象、难易理解的知识用直观、形象的方式展示给学生，而且让学生能够老姐EDA开发的基本过程，同时可以将理论教学与实践教学同步进行，从而提高学生对数字电子技术知识的认识度，激发学生的学习兴趣，提高学生的创新能力。
参考文献
[1] 李兆光. EDA在数字电子技术教学中的应用[J]. 甘肃科技,2008,(19):165-167.
[2] 阎石. 数字电子技术基础(第五版)[M]. 北京:高等教育出版社,2005.
[3] 康华光.电子技术基础(第五版) [M].北京:高等教育出版社,2006.
[4] 吴国盛.7天搞定FPGA—Robei与Xilinx实战[M].北京:电子工业出版社.2016.
[5] 田莉,孙静,张向华,李延平,李立.《数字电子技术》课程教学改革的探索[J].课程教育研究,2015(22):221-222.
[6] 刘华珠.浅谈数字电子技术课程教学改革研究[J].教育现代化,2018,5(21):55-56.
本文引用格式： 结硕,等.数字电子技术与EDA技术课程有机整合教学改革的探索[J]. 教育现代化,2019,6(74):50-51.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.74.022
作者简介： 结硕，女，蒙古族，内蒙通辽市人，硕士研究生，副教授，研究方向：控制理论与控制工程。
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